三津公司于1989年從日本引進成套生產單色管的制造設備和技術。工程配有10臺機械手組成全自動生產線。設備老化引起的問題頻頻出現(xiàn)，對生產的順利進行造成了很大的影響。另外，維護設備所需要的一些電子元器件大部分已停產。鑒于此，公司提出對其進行改造。由于機械手出現(xiàn)的問題大部分集中在控制系統(tǒng)，而與機械和電機的有關問題完全可以通過設備的定期維護來避免，因此改造的基本思路是：保留機械手的機械部分、直流有刷伺服電機和光電增量式編碼器，重新開發(fā)機械手的控制系統(tǒng)，新開發(fā)的控制系統(tǒng)必須具有高度的可靠性和穩(wěn)定性，同時具有多品種的自動切換功能。

硬件組態(tài)
　　由于舊機械手（改造前的機械手）的控制系統(tǒng)采用一般PLC控制器與Z80微處理器兩者共同作用，實現(xiàn)機械手的運動控制、系統(tǒng)管理與檢測。因而結構比較復雜、維修困難。隨著PLC技術的發(fā)展，面向控制過程的PLC(Process-PLC)的出現(xiàn)，使得上述問題能夠以更為簡捷的方式加以解決。因為此控制器具有以下特點：
　　(1)具有模擬量/數(shù)字量的輸入輸出；
　　(2)多軸伺服電機的控制；
　　(3)RS232/RS485程序傳遞接口；
　　(4)實時多任務并行處理功能
　　(5)良好的人機界面接口，等等。

　　同時，由于Process—PLC的編程語言SYMPAS使用高級文本語言使得程序的編寫、閱讀更加直觀。根據(jù)生產、工藝技術的要求，最終選擇Process—PLC中的NANO-B型控制模塊，作為主控制器來實現(xiàn)機械手的控制。與此同時，整個機械手控制系統(tǒng)的硬件結構基本形成，控制系統(tǒng)框圖如圖1所示：

　　此控制系統(tǒng)屬于全閉環(huán)位置型控制系統(tǒng)，其中NANO-B控制器的主要功能是存儲控制程序，檢測外設信號，向外部設備發(fā)控制指令。N—SV1為X軸伺服控制器，它主要是接受NANO-B的控制指令，并將其轉化為對應的指令信號和控制信號來控制伺服驅動器，同時接受伺服驅動器的回饋信號（N-SV1,N-SV2,N-SV3的功能相同）。X DRIVER為X軸伺服驅動器，它主要是接受N-SV1控制器的控制信號和速度指令以及電機編碼器的回饋信號。同時一方面通過F/V轉換和比較使電機達到設定速度，另一方面將編碼器的回饋信號上傳到N-SV1控制器。（X DRIVER，Y DRIVER，Z DRIVER的功能相同）。M為伺服電機，E為電機的編碼器。

軟件實現(xiàn)
　　模塊化程序設計是程序設計中最常用的方法。它不僅使程序的閱讀更加直觀，而且使程序的編寫、調試更加明朗化。本控制系統(tǒng)軟件是由：主程序模塊、原點調試模塊、產品選擇模塊、自動運行模塊以及手動調整模塊構成。

1．主程序模塊
　　它包括控制器的初始化；監(jiān)控運行畫面的控制按鈕，并對其功能加以實現(xiàn)；上限報警子程序的處理。

2．原點調試模塊
　　它主要完成3軸自動找原點的功能以及軟極限設置。

3．產品選擇模塊
　　通過對產品選擇寄存器值的讀取與判斷，并將對應的產品參數(shù)送給指定的寄存器，同時使選中的產品參數(shù)畫面切換到產品參數(shù)按鈕的當前畫面。

4．自動運行模塊
　　實現(xiàn)機械手整個運動過程的控制及計數(shù)功能。

5．手動調整功能
　　它包括在手動條件下實現(xiàn)機械手位置的快速定位，并以不同的速度實現(xiàn)位置細調和存儲。其中以自動運行模塊為核心實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運動控制。軟件程序流程圖如圖2所示。

人機界面
　　人機界面采用觸摸屏控制系統(tǒng)，通過ADP3軟件加以實現(xiàn)。整個界面采用全中文顯示，使得操作更加簡單、明了。

系統(tǒng)應用
　　現(xiàn)場應用調試是驗證控制系統(tǒng)是否達到設計者的預想效果。更重要的是驗證軟、硬件在現(xiàn)場各種干擾條件下，能否穩(wěn)定可靠的運行。它是整個設計中不可缺少的環(huán)節(jié)，也是不斷改進、提高系統(tǒng)性能的重要途徑。通過現(xiàn)場應用調試以及一段時間的運行，可以說此系統(tǒng)已經達到我們的設計要求。并且在某些方面已經超出我們原來的設計思想。系統(tǒng)優(yōu)點可概括如下：
　　(1)不同產品的切換時間由原來的十幾分鐘降至幾秒鐘，對提高生產率的貢獻是顯著的。
　　(2)系統(tǒng)集成度的提高，使控制系統(tǒng)的結構更加簡單、緊湊。
　　(3)控制系統(tǒng)的全中文人機界面，教導式操作設計，使操作人員的培訓更加簡單。
　　(4)全新的產品計數(shù)功能，可以使相關人員及時的掌握與機械手有關的每一道工序的投入產出比。
　　(5)控制系統(tǒng)在結構上采用模塊化設計，不同模塊都提供了豐富的信息提示，可以使設備維修人員更加容易掌握設備的運行狀況。
　　(6)快速定位功能的設計，使操作人員進行位置細調時更加方便、快捷。
　　(7)上限報警功能可以使玻殼的損傷降到最小，同時保護了機械手的小臂。
　　(8)多級密碼保護功能，使操作者根據(jù)自己的權限進行操作，以減少人為事故的發(fā)生。